關(guān)于地鐵車輛加裝細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的思考與設(shè)計

范志超

（太原中車軌道交通裝備有限公司，山西 太原 030027）

隨著經(jīng)濟、人口的高速增長，地鐵、輕軌等城市軌道車輛飛速發(fā)展。軌道車輛系統(tǒng)的安全及可靠性非常重要，尤其是在地鐵車輛上設(shè)置火災(zāi)預(yù)防報警及處理救助系統(tǒng)，對于防止火災(zāi)發(fā)生及蔓延的效果尤為突出，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)成為新興的集探測、報警、抑制等功能的軌道車輛安全保障系統(tǒng)。

目前，國內(nèi)的城市軌道車輛系統(tǒng)主要采用七氟丙烷或惰性氣體等氣體滅火系統(tǒng)來保護(hù)車站控制、通信、信號、變電室等線路電氣設(shè)備房間，由于滅火劑比較昂貴，容易泄露，投資和運營的費用相對較高，而且噴出的廢氣還會對環(huán)境產(chǎn)生影響。此外，對于車上火災(zāi)的控制還僅僅停留在手持滅火器的基礎(chǔ)階段。因此，在環(huán)境保護(hù)尤為重視的今天，有必要探索一種既符合環(huán)保要求，又節(jié)約成本和資源的新型滅火系統(tǒng)[1]。

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作為一種高效、環(huán)保、經(jīng)濟的滅火系統(tǒng)得到了世人關(guān)注，在歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。國內(nèi)的沈陽地鐵（4 條新造線路）、常州地鐵（僅1 列試裝）共計5 條新造線路也同樣進(jìn)行了應(yīng)用。目前，只有沈陽地鐵1 號線首批車輛進(jìn)行了改造加裝項目。沈陽地鐵的新造車輛及改造加裝項目均采用瓶組式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，常州地鐵項目采用的是泵組式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。本文介紹的是某大修車輛改造加裝的，采用瓶組式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

1 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)原理

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)采用細(xì)水霧技術(shù)控火、滅火，細(xì)水霧具有非常強的熱交換能力，可以破壞火焰燃燒的溫度條件，使火場的溫度迅速下降。在滅火的同時，細(xì)小的水霧滴吸收了大量的熱量迅速汽化，使其體積迅速膨脹至原體積的1 700 多倍，從而降低了空氣中的氧氣濃度，阻止了火焰燃燒的氧化反應(yīng)條件，起到了窒息的作用。這種窒息只發(fā)生在高溫火源上，火源之外人群周圍的氧氣濃度不會降低，更不會產(chǎn)生人員窒息[2]。

高壓細(xì)水霧的主要工作原理為冷卻效應(yīng)、惰化效應(yīng)和附件效應(yīng)。細(xì)水霧較傳統(tǒng)的滅火技術(shù)有更大的作用面積和熱交換表面積，每升水從液態(tài)到氣態(tài)能吸收2 257 kJ 的熱量，產(chǎn)生的細(xì)水霧覆蓋面積大，直徑小，使得水滴單位面積吸熱大，有足夠的動能穿過火焰到達(dá)燃料表面，因水霧傳熱效率高，所以冷卻效果明顯。水霧到達(dá)后迅速地蒸發(fā)，形成高強度的吸熱屏障，隔斷熱輻射的傳遞，降低對燃料的熱反饋，火場能量和溫度被迅速高效地降低，避免車輛受熱變形、損壞，保證了乘客的安全。

細(xì)水霧是在冷卻、窒息和隔絕熱輻射的三重作用下達(dá)到抑制火災(zāi)或撲滅火災(zāi)的目的，避免了水噴淋和氣體滅火方式的不足和弊端，無污染符合城市軌道交通車輛的消防要求。經(jīng)實驗證明，高壓細(xì)水霧比二氧化碳的吸熱能力還要強30 倍。對火源有很好的冷卻效果，抑制了火源的溫度。

2 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)由火災(zāi)報警系統(tǒng)和細(xì)水霧滅火系統(tǒng)兩部分構(gòu)成?；馂?zāi)報警系統(tǒng)包含遠(yuǎn)程并聯(lián)控制面板（控制器）、操作按鈕（集成到遠(yuǎn)程并聯(lián)控制面板上）、元件襯板、點式探測器、吸氣式探測器及探測管路等部件。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)包含細(xì)水霧部件集成裝配、氣瓶細(xì)水霧部件集成裝配、分配閥、管路及噴嘴等部件構(gòu)成。

系統(tǒng)工作原理：一個50 L 水罐和一個50 L 氮氣瓶（20 MPa）提供細(xì)水霧滅火系統(tǒng)需要的水源和動力氣體，通過一套氣水混合裝置和一套壓力保護(hù)裝置形成氣水混合物，通過若干管路，到達(dá)指定滅火區(qū)域管路，再經(jīng)過分區(qū)閥門開啟通道，到達(dá)指定區(qū)域噴頭處，形成水霧，進(jìn)行釋放，釋放時間可達(dá)6 min 以上。管路壓力為0.8 MPa～1.2 MPa。

2.1 火災(zāi)報警系統(tǒng)

2.1.1 遠(yuǎn)程并聯(lián)控制面板

全車共計2 臺控制器，安裝在每個司機室上部內(nèi)裝板上，布置在此處是考慮到司機可以更方便地對細(xì)水霧滅火系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控及操作。

控制器可以顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)（火警/故障/啟動/反饋）、歷史記錄查詢、邏輯分析，單臺控制器可連接4 個控制回路，每個回路最多252 個地址，全車2 臺控制單元之間采用SAFEDLINK 通信，以環(huán)網(wǎng)形式互為擴展視野。

2.1.2 電氣元件襯板

全車共計5 套電氣元件襯板安裝于各車廂電控柜內(nèi)，其中1 車1 套（小襯板），2 車1 套（小襯板），3 車2 套（大襯板+小襯板），4 車1 套（小襯板）。各車小襯板用于控制各車廂分區(qū)電動閥門，大襯板用于控制車下細(xì)水霧部件集成裝配，3 車大襯板內(nèi)部設(shè)有電源模塊，將列車供電電源轉(zhuǎn)換為直流24 V 后為全車細(xì)水霧滅火系統(tǒng)部件供電。

2.1.3 點式煙溫復(fù)合探測器

全車共計2 臺點式煙溫復(fù)合探測器，安裝于1車及4 車司機室中頂板處，便于探測器發(fā)揮作用，以減少其他干擾項對探測結(jié)果造成影響。

點式煙溫復(fù)合探測器對黑煙、白煙或無煙均能早期探測，具備自動補償功能，可減少灰塵對靈敏度的影響，補償失效時自動報警。探測器感煙靈敏度分為兩級：標(biāo)準(zhǔn)（3.5obs%/m）、靈敏（2.5obs%/m），感溫靈敏度分為兩種模式：差溫報警（基準(zhǔn)溫度＞10 ℃，升溫速率＞10 K/min，溫差大于25 ℃時報警）、定溫報警（60 ℃）。

點式煙溫復(fù)合探測器工作時無需單獨供電，通過總線與控制器進(jìn)行通信。單臺探測器由底座及探頭兩部分組成，底座設(shè)有安裝孔及總線接線端子，探頭與底座旋緊卡接即可。

2.1.4 吸氣式探測器及探測管路

全車共計8 套吸氣式探測器及探測管路，每節(jié)車廂分為2 個區(qū)域，每個區(qū)域布置一套吸氣式探測器及探測管路，探測器組件安裝于客室兩端側(cè)頂板內(nèi)部橫梁上，探測管路沿側(cè)頂板向探測區(qū)域延伸，在探測區(qū)域內(nèi)的側(cè)頂板上間隔設(shè)置4 個φ5 mm 的采樣孔。

吸氣式探測器通過采樣管路主動抽取被探測區(qū)域的空氣進(jìn)行分析，具備自動補償功能，減少灰塵對靈敏度的影響，補償失效時自動報警，探測器靈敏度分為10 個等級，在被測環(huán)境自適應(yīng)后根據(jù)需要調(diào)節(jié)報警閾值。吸氣式探測器工作時需單獨直流24 V供電，同時與控制器通過總線通信?？刂破髯陨砭邆錃饬鳂?biāo)定、煙霧標(biāo)定及自檢等功能，方便日常維護(hù)。

探測管路主要由吸氣式探測器、過濾器、探測座、PMA 軟管、硬管組成。

2.2 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

某快軌細(xì)水霧滅火系統(tǒng)主要由細(xì)水霧部件集成裝配、氣瓶細(xì)水霧部件集成裝配、分配閥、管路及噴嘴等部件組成。

2.2.1 細(xì)水霧部件集成裝配

細(xì)水霧部件集成裝配由一個50 L 水罐、一套氣水混合閥、2 個電動閥及框架等部件組成。長寬高為：806 mm×661 mm×660 mm，質(zhì)量約為180 kg。細(xì)水霧部件集成裝配示意見圖1。

圖1 細(xì)水霧部件集成裝配示意圖

2.2.2 氣瓶細(xì)水霧部件集成裝配

氣瓶細(xì)水霧部件集成裝配由一個50 L 氮氣瓶（20 MPa）和框架等部件組成。長寬高為：1 800 mm×500 mm×415 mm，質(zhì)量約為120 kg。氣瓶細(xì)水霧部件集成裝配示意見圖2。

圖2 氣瓶細(xì)水霧部件集成裝配示意圖

2.2.3 細(xì)水霧集成裝配布置

由于細(xì)水霧部件集成裝配及氣瓶細(xì)水霧部件集成裝配較重，且整體占據(jù)空間較大，因此，考慮將其吊裝在車輛底架下方。本項目為大修車輛改造項目，底架設(shè)備原有位置不可以更改，經(jīng)實車現(xiàn)場測量并對原有設(shè)計圖紙加以比對校核，最終確定了集成裝配的布置位置。

2.2.4 噴頭及管路布置

全車共計32 個噴頭。每列車以車輛橫向中心線為界分為2 個區(qū)域，每個區(qū)域布置4 個噴頭。根據(jù)實車測量并比對原有設(shè)計圖紙后，將噴頭位置確定在中頂板出風(fēng)格柵處，需要對中頂出風(fēng)格柵葉片進(jìn)行處理，將以噴頭為中心φ45 mm 區(qū)域內(nèi)的葉片全部磨平，再將其中心區(qū)域開φ22 mm 的孔，用來安裝噴頭。

噴頭噴霧的覆蓋范圍為4 000 mm，而車寬為2 800 mm，垂直放置的噴頭可以覆蓋整個地板寬度。但這里也只是理論覆蓋面積，實際上因為噴頭噴出的是水霧，所以在噴放過程中，所在分區(qū)的整個車廂從上到下將全部覆蓋水霧。

2.2.5 分配閥

在細(xì)水霧管路中安裝電動閥，由控制器控制閥門的開關(guān)，使滅火介質(zhì)到達(dá)指定區(qū)域噴頭處，形成水霧，進(jìn)行釋放。

2.3 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)性能及作用方式

1）當(dāng)列車上發(fā)生火災(zāi)時，探測系統(tǒng)可以在60 s內(nèi)探測到火災(zāi)并報警。

2）當(dāng)乘客區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)不會主動進(jìn)行水霧噴灑，而是探測系統(tǒng)迅速將火災(zāi)信號發(fā)送到司機室內(nèi)的控制面板上并向司機發(fā)出警告，駕駛員需要進(jìn)行觀察并決定按下啟動按鈕啟動細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。這種需要駕駛員干預(yù)的啟動形式能夠進(jìn)一步避免因粉塵或顆粒物導(dǎo)致細(xì)水霧滅火系統(tǒng)誤開，影響列車的正常運營和乘客的乘坐體驗，也可以降低不必要的維護(hù)成本。另外，駕駛員干預(yù)這種形式能夠促使其快速判斷火勢、準(zhǔn)確地作出反應(yīng)，不會浪費時間導(dǎo)致火勢蔓延。

3 結(jié)束語

大修車輛加裝細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)充分考慮運營過程中的可靠性、維修和維護(hù)的便利性、節(jié)能環(huán)保性、產(chǎn)品功能性等各種性能。在投入使用之后可以增加列車對于火災(zāi)等突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)、處理能力，降低事故風(fēng)險，增強抗干擾性能，完善乘坐體驗。

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)替代傳統(tǒng)滅火形式，在不改變列車整體設(shè)計的基礎(chǔ)上，且在系統(tǒng)后期運營維護(hù)管理及經(jīng)濟性層面上，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢。

在未來軌道車輛的設(shè)計研發(fā)過程中，應(yīng)考慮增加高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，在滿足技術(shù)安全可靠的前提下，降低系統(tǒng)投入、維護(hù)保養(yǎng)成本是大勢所趨，應(yīng)從前期試裝線路上總結(jié)經(jīng)驗，為后期線路的應(yīng)用做好經(jīng)驗總結(jié)。從國家角度考慮，應(yīng)鼓勵研究新技術(shù)，積極促進(jìn)出臺、完善和修訂規(guī)范，為“智能運維”“智慧地鐵”等新技術(shù)政策打好基礎(chǔ)。